韋天聰

（廣西路橋集團(tuán)路面分公司，廣西 南寧 530000）

0 引言

瀝青混凝土路面的大規(guī)模建設(shè)對(duì)我國公路事業(yè)的發(fā)展作出了巨大的貢獻(xiàn)，但從當(dāng)前我國橡膠瀝青路面的施工現(xiàn)狀來看，在施工工藝和施工質(zhì)量管理上還存在施工方案不夠科學(xué)、混合料配比設(shè)計(jì)出現(xiàn)差錯(cuò)、后續(xù)碾壓養(yǎng)護(hù)和攤鋪等工序不夠科學(xué)、原材料質(zhì)量把控不到位、忽視對(duì)瀝青路面的檢測(cè)等問題，這也是導(dǎo)致瀝青路面裂紋、地面沉陷等病害發(fā)生的主要原因。如何提高高速公路的使用壽命和運(yùn)行質(zhì)量，降低公路建設(shè)投資是我國公路建設(shè)的一個(gè)難點(diǎn)。本文結(jié)合廣西隆林至百色高速公路項(xiàng)目，對(duì)橡膠瀝青路面施工工藝和質(zhì)量管理進(jìn)行探討。

1 橡膠瀝青路面特性及優(yōu)點(diǎn)

橡膠瀝青的優(yōu)點(diǎn)在于其具有良好的高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性、低噪音、各種抗性良好、保養(yǎng)簡(jiǎn)單等，因此將橡膠瀝青作為有效的材料設(shè)計(jì)應(yīng)用于道路方案中，可以充分體現(xiàn)其特性與優(yōu)點(diǎn)（如表1所示）：

表1 橡膠瀝青路面特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)一覽表

2 橡膠瀝青的改性機(jī)理

通過將處理過的橡膠粉和瀝青在較高溫度下混合，在兩種材料的接觸表面上會(huì)發(fā)生一定的物理和化學(xué)反應(yīng)：橡膠粉末顆粒在瀝青中的混合物是單個(gè)個(gè)體，其不產(chǎn)生剪切橡膠硬化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；橡膠的膨脹是基于瀝青中輕組分的吸收，同時(shí)凝膠膜在顆粒狀平臺(tái)上形成，凝膠薄膜與橡膠顆粒連接形成黏性較大的半固體絮狀結(jié)構(gòu)，橡膠顆粒和基質(zhì)瀝青混合物吸收，使瀝青處于硬塑性狀態(tài)，韌性得到加強(qiáng)。橡膠瀝青的反應(yīng)過程可概括為：在反應(yīng)開始時(shí)，橡膠粉末形成松散的絮狀結(jié)構(gòu)；當(dāng)膨脹達(dá)到相應(yīng)的程度時(shí)，橡膠鏈間隙由瀝青中的部分填充促進(jìn)了脫硫降解，部分膠粉溶解均勻，瀝青的黏度繼續(xù)下降，并且凝膠膜與橡膠粉末連接。

影響橡膠瀝青混合料的因素有很多，如輪胎的類型、廢橡膠的破碎加工過程以及橡膠顆粒的細(xì)度等，這些因素對(duì)橡膠瀝青混合料有不同的影響［1］。

（1）目前的輪胎分類主要是普通客車的徑向輪胎和重型大型客車的偏置輪胎。這兩種化學(xué)成分的差異主要是由于天然橡膠和合成橡膠的比例不同所致。理論研究表明，天然橡膠的性能優(yōu)于瀝青。此外，偏壓輪胎中的硫是一種常用的化學(xué)改性劑，對(duì)提高瀝青的溫度穩(wěn)定性和黏度有很好的效果。

（2）常溫法和冷凍法是常用的膠粉加工技術(shù)。雖然在室溫法中有許多種橡膠破膠方法，但橡膠粉的微觀結(jié)構(gòu)不同，有顯著差異。不同橡膠顆粒的表面積對(duì)瀝青改性也不同。

（3）橡膠粉粒徑為10～200目。從經(jīng)濟(jì)角度看，加工膠粉越細(xì)，成本越高。然而，在實(shí)際條件下，橡膠粉的粒徑尺寸對(duì)瀝青的改性效果有一定的差異［2］。

參照《橡膠瀝青混合料設(shè)計(jì)與施工技術(shù)指南》對(duì)橡膠粉的性能進(jìn)行測(cè)試。表2列出了具體的物理技術(shù)指標(biāo)和化學(xué)技術(shù)指標(biāo)。

表2 橡膠粉的物化技術(shù)指標(biāo)表

3 混合料級(jí)配設(shè)計(jì)與性能分析

3．1 橡膠瀝青混合料技術(shù)參數(shù)

在使用橡膠瀝青混合料前，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行技術(shù)性能測(cè)試。橡膠瀝青混合料的有關(guān)技術(shù)指標(biāo)見表3。

表3 橡膠瀝青混合料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)表

3．2 基于CAVF法的橡膠瀝青混合料級(jí)配設(shè)計(jì)方法

CAVF法 全 稱 為 Course Aggregate Void Filling method，稱為CAVF方法，也被稱為瀝青混合料的主要集料空隙體積填充法，即體積法。體積法有很多優(yōu)點(diǎn)，例如操作簡(jiǎn)單，減少重復(fù)，既能保證誤差在合理范圍內(nèi)，又能保證瀝青混合料骨架結(jié)構(gòu)的合理性。

CAVF設(shè)計(jì)基于以下假設(shè)：

（1）其他顆粒不影響粗集料的堆垛和擠壓結(jié)構(gòu)；

（2）粗集料聚集和堵塞結(jié)構(gòu)不受由細(xì)集料形成的砂漿的影響。

在設(shè)計(jì)表面瀝青混合料時(shí)，選擇使用1～2個(gè)連續(xù)直徑的粗骨料作為主要骨架；細(xì)骨料的選擇和分批分級(jí)的使用可以增加主骨料的間隙，并使主骨架結(jié)構(gòu)的空隙最小。在批量分級(jí)的情況下，可以考慮選擇粗、中、細(xì)型瀝青混合料的三個(gè)粒徑1．18～2．36mm、2．36～4．75mm和4．75～9．5mm中的一個(gè)。

3．2．1 基于CAVF法的橡膠瀝青混合料級(jí)配設(shè)計(jì)過程

從20世紀(jì)70年代開始，逐漸形成了梯度斷開級(jí)配瀝青混合料與梯度連續(xù)級(jí)配瀝青混合料?；旌舷鹉z顆粒和基體瀝青由于其改性效果而避免了整個(gè)橡膠瀝青結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性，橡膠瀝青混合料的級(jí)配設(shè)計(jì)過程如圖1所示［3］：

圖1 橡膠瀝青混合料的級(jí)配設(shè)計(jì)流程圖

根據(jù)表4，按粗、中、細(xì)三個(gè)等級(jí)選擇橡膠瀝青混合料的級(jí)配范圍。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，選擇適當(dāng)比例的試件，形成馬歇爾樣品，并將橡膠瀝青混合料拌合并壓實(shí)，室內(nèi)溫度應(yīng)滿足表5的要求，計(jì)算每個(gè)馬歇爾試件的體積指數(shù)，測(cè)量流量值和穩(wěn)定性，并選擇一組級(jí)配，以確定瀝青的最佳用量。

表4 AR－AC－13礦物級(jí)配范圍表

表5 AR－AC－13瀝青混合料室內(nèi)溫度范圍及相關(guān)馬歇爾試驗(yàn)體積指標(biāo)表

3．2．2 配合比的檢驗(yàn)指標(biāo)

配合比馬歇爾試驗(yàn)，各項(xiàng)檢驗(yàn)性能指標(biāo)要求應(yīng)符合表6標(biāo)準(zhǔn)。

表6 混合料性能檢測(cè)指標(biāo)表

用水篩法測(cè)試橡膠粉末，密度為1．18g／m3。纖維的比例＜0．5%。在本工程中，在約180℃的控制溫度下，有約20%瀝青含量的橡膠瀝青通過90min的恒溫?cái)嚢鑱砜刂葡鹉z瀝青性能指標(biāo)［4］。下頁表7顯示了室內(nèi)測(cè)試的結(jié)果。

表7 橡膠瀝青性能指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果表

本項(xiàng)目采用廣西百色田林縣玄武巖作為ARAC－13橡膠瀝青混合料的粗骨料（粒徑≥4．75mm），并對(duì)玄武巖的主要相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行了檢驗(yàn)。表8列出了本項(xiàng)目粗骨料取樣的試驗(yàn)結(jié)果。

表8 粗集料性能指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果表

本項(xiàng)目同樣采用廣西百色田林縣玄武巖作為AR－AC－13橡膠瀝青混合料的細(xì)集料，并對(duì)玄武巖的主要相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行了檢驗(yàn)。表9列出了本項(xiàng)目細(xì)集料取樣的試驗(yàn)結(jié)果。

表9 細(xì)集料性能指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果表

3．2．3 最佳瀝青用量確定

前期制作馬歇爾試件，通過馬歇爾試驗(yàn)，分別進(jìn)行五組不同的油石比實(shí)驗(yàn)，測(cè)定各組體積指標(biāo)及穩(wěn)定度結(jié)果如表10所示。

表10 不同油石比情況下馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果表

3．3 路用性能檢測(cè)

工程開始前，通過對(duì)試驗(yàn)路段的施工路面進(jìn)行取樣，完成橡膠瀝青路面芯樣性能檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表11所示。

表11 油石比為7．5%時(shí)的橡膠瀝青路面性能檢測(cè)結(jié)果表

4 工程案例分析

廣西隆林至百色高速公路起點(diǎn)位于黔桂兩省區(qū)交界的隆林縣平班鎮(zhèn)，止于百色市右江區(qū)西塘鎮(zhèn)，全線采用四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)時(shí)速80km／h，路基 寬 度24．5m，主 線 全 長(zhǎng)36．15km，連 接 線 長(zhǎng)4．573km。根據(jù)施工設(shè)計(jì)方案，橡膠瀝青混合料施工特點(diǎn)及施工工藝為：

4．1 施工特點(diǎn)

本合同段路面結(jié)構(gòu)層為復(fù)合式路面：基層采用水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石基層；下面層為水泥混凝土面板；表面層為橡膠瀝青混凝土。橡膠瀝青混凝土和水泥混凝土面板間聯(lián)結(jié)層采用瀝青粘結(jié)劑＋橡膠瀝青應(yīng)力吸收層；基層和面層聯(lián)結(jié)層采用改性瀝青稀漿封層。

混合料的拌合：墊層、基層、水泥面板、瀝青表面層混合料均采用廠拌設(shè)備集中拌合。墊層、基層、瀝青表面層采用攤鋪機(jī)鋪筑，水泥混凝土面板采用滑模攤鋪機(jī)攤鋪。

本段路面結(jié)構(gòu)復(fù)雜，水泥和瀝青結(jié)構(gòu)同時(shí)采用，保養(yǎng)方式和時(shí)間各異，施工工藝差別大，使用機(jī)械設(shè)備類型多，需要精心組織施工流程。

4．2 橡膠瀝青的濕法生產(chǎn)流程

橡膠瀝青采用濕法生產(chǎn)方式，將橡膠粉加入瀝青中配制橡膠瀝青材料，配制橡膠瀝青的溫度以190℃～218℃為宜，還需要對(duì)基質(zhì)瀝青和橡膠粉進(jìn)行強(qiáng)力攪拌。將橡膠粉及加溫后的基質(zhì)瀝青輸送至生產(chǎn)設(shè)備的高速剪切攪拌器中進(jìn)行拌合，并在快速升溫的環(huán)境下進(jìn)行剪切，再輸送至反應(yīng)罐進(jìn)行反應(yīng)，完成橡膠瀝青的生產(chǎn)過程［5］（如圖2所示）。

4．3 橡膠瀝青混凝土的施工流程

（1）科學(xué)設(shè)置施工目標(biāo)配合比：采用事先確定的粗細(xì)集料和橡膠瀝青，按照礦料配合比，通過試驗(yàn)確定一個(gè)接近中值的百分比，確定粗細(xì)集料和橡膠瀝青的用量。

圖2 濕法生產(chǎn)橡膠瀝青流程圖

（2）實(shí)施瀝青混合料拌合：本工程按照已報(bào)請(qǐng)批準(zhǔn)的試驗(yàn)段施工中調(diào)試的配合比在試驗(yàn)室監(jiān)控下分級(jí)、分口上料，準(zhǔn)確計(jì)量，均勻拌合瀝青混合料，嚴(yán)格控制原材料加熱溫度，瀝青混凝土施工各過程中的溫度控制指標(biāo)如表12所示［6］。

表12 瀝青混凝土施工各過程中的溫度控制指標(biāo)表

所有過度加熱、出廠溫度高于正常溫度高限20℃或已經(jīng)碳化、起泡和含水的瀝青混合料應(yīng)作廢。成品貯存?zhèn)}要具有良好的保溫性能，貯存期間混合料溫降≤10℃，貯存時(shí)間≤24h。值得注意的是，橡膠瀝青AR－AC－13磨耗層中不得使用礦粉，僅使用水泥，因此拌合樓管理人員要注意水泥添加事宜。

（3）瀝青混合料攤鋪：攤鋪前對(duì)路面進(jìn)行徹底的清理、清掃，待驗(yàn)收合格后，方可進(jìn)行瀝青混合料的攤鋪，首先按照試驗(yàn)段初定的攤鋪厚度，調(diào)整好攤鋪機(jī)。提前30min預(yù)熱熨平板，確保熨平板的初步壓實(shí)效果，采用間隙預(yù)熱保證預(yù)熱的均勻性。

（4）碾壓：碾壓溫度和壓實(shí)方法決定了瀝青路面的壓實(shí)度和平整度，采用緊跟、高頻、慢壓、低幅的碾壓原則，按照先慢后快、先靜后振、由上而下的碾壓方式，碾壓距離盡可能地長(zhǎng)，振壓時(shí)應(yīng)先起步后起振、先停振后停機(jī)。

5 結(jié)語

本文主要從橡膠瀝青的改性機(jī)理、影響其性能的因素及生產(chǎn)工藝等方面對(duì)橡膠瀝青混合料的級(jí)配設(shè)計(jì)及應(yīng)用進(jìn)行了分析，闡述了橡膠瀝青混合料的性能指標(biāo)和級(jí)配設(shè)計(jì)方法，包括級(jí)配范圍、試件成型方法和配合比設(shè)計(jì)要求。根據(jù)配合比設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果，證明采用本配合比的橡膠瀝青具有良好的工程性能，符合工程實(shí)際需要，對(duì)橡膠瀝青路面施工工藝和質(zhì)量管理具有較好的借鑒意義。